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RESUMO Neste trabalho, foram produzidas espumas vitrocristalinas a partir de vidros de garrafas descartadas e casca de arroz (3 a 25% em massa), como agente porogênico. Diferentes composições foram preparadas de maneira a se obter materiais com porosidade controlada para aplicações, nas quais o isolamento térmico e a não-inflamabilidade são os principais requisitos técnicos. Os pós de cada matéria-prima (resíduos) foram homogeneizados e as misturas foram então prensadas uniaxialmente (20 MPa). Os compactos obtidos foram queimados em diferentes temperaturas (700 – 950 °C) e tempos de patamares (30 – 120 min). As matérias-primas e as espumas vitrocristalinas produzidas foram caracterizadas de acordo com suas propriedades químicas, físicas e estruturais. Os resultados mostraram que é possível produzir espumas vitrocristalinas a partir de composições otimizadas com 85% de vidros de garrafas e 15% de casca de arroz, queimadas a 900 °C por diferentes tempos. Tais espumas vitrocristalinas apresentaram porosidade variando entre 80 e 84% enquanto a condutividade térmica e a resistência mecânica à compressão variaram entre 0,068 e 0,082 W/m.K e entre 1,1 e 1,8 MPa, respectivamente. ABSTRACT Vitrocrystalline foams from discarded glass bottles and rice husk (3 to 25 wt%) as pore forming agent were produced in this work. Different compositions were prepared in order to obtain materials with controlled porosity in applications where thermal insulation and non-flammability are major requirements. Well-homogenized powders of the formulated compositions were uniaxially pressed (20 MPa) and the obtained compacts fired at different temperatures (700 - 950°C) and holding times (30 - 120 min). Raw materials and the obtained vitrocrystalline foams were characterized according to their chemical, physical and structural properties. The results showed that it is possible to produce vitrocrystalline foams from optimized compositions containing 85% glass bottle and 15% rice husk, fired at 900°C for different holding times. These vitrocrystalline foams presented porosity varied from 80 to 84% while the thermal conductivity and compressive strength varied between 0.068 and 0.082 W/m.K and from 1.1 to 1.8 MPa, respectively.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2021. Durante o processamento e utilização de produtos de vidro e vitrocerâmica, são gerados defeitos que costumam comprometer a resistência mecânica dos mesmos. Um dos métodos utilizados para promover o aumento na resistência mecânica de materiais de vidro e vitrocerâmicos é a troca iônica, na qual um íon (geralmente um alcalino com raio iônico maior) originado de uma fonte externa (usualmente um sal) troca de posição com outro íon alcalino (com raio iônico menor) presente nos materiais. Nesse caso, a troca iônica produz tensões compressivas residuais na superfície dos materiais vítreos ou vitrocerâmicos termoquimicamente tratados, o que pode promover aumento da resistência mecânica. Neste contexto, para este trabalho de pesquisa, composições de vitrocerâmicas sinterizadas dos sistemas LZS (9,56Li2O.22,36ZrO2.68,08SiO2) e LZSA (11,00Li2O.12,60ZrO2.7,10Al2O3.68,60SiO2) foram processadas e caracterizadas. Subsequentemente, as vitrocerâmicas foram submetidas à troca iônica pelo método do banho de sal e método da pasta de sal, utilizando os nitratos de sódio e potássio (NaNO3 e KNO3). Para o método da pasta de sal, as temperaturas aplicadas foram de 100 oC abaixo das temperaturas de transição vítrea dos precursores vitrocerâmicos LZS e LZSA, no intervalo de tempo de patamar entre 60 e 600 min. No método do banho de sal, as temperaturas foram inferiores a 100 oC abaixo das temperaturas de transição vítrea, devido às limitações dos fornos, e os tempos de patamares foram de 15 min a 3 h. O primeiro processo de troca iônica foi o método do banho de sal com nitrato de sódio, resultando em 0,2% (em massa) a 3,1% (em massa) do teor médio de sódio, profundidade de camadas de troca iônica entre 1800 e 2500 µm e coeficientes de difusão na ordem de 10-5 cm²/s. O segundo processo aplicado foi o método do banho de sal com nitrato de potássio, e as caracterizações indicaram teores de potássio entre 0,2% (em massa) e 1,5% (em massa), camadas de troca iônica com espessuras (profundidades) entre 1100 e 2500 µm e coeficientes de difusão também na ordem de 10-5 cm²/s, mas menores do que os verificados com nitrato de sódio (1 a 75 x 10-5 cm²/s para a troca com o sódio e entre 0,1 e 11 x 10-5 cm²/s com a troca com o potássio). O terceiro e último processo de troca iônica foi o método da pasta de sal com nitrato de sódio, que resultou em teores de sódio entre 0,3% (em massa) e 2,0% (em massa), camadas de troca iônica com espessuras entre 600 e 2000 µm e coeficientes de difusão na ordem de 10-8 cm²/s. Apesar da pequena quantidade de sódio ou potássio obtida após diferentes processos termoquímicos, a camada de troca iônica verificada nas vitrocerâmicas sinterizadas LZS (para os três métodos estudados) resultou em tensões superficiais adequadas com aumentos de resistência mecânica à flexão de 8% a 20%. Por outro lado, o teor de sódio ou potássio apresentado nas vitrocerâmicas sinterizadas LZSA após as trocas iônicas com diferentes métodos foi distribuído em camadas de troca iônica com profundidades excessivas, o que resultou em diminuição de 26% a 40% da resistência mecânica. Para ambos sistemas vitrocerâmicos estudados, foi verificado aumento no valor do módulo de Weibull em todas as condições de troca iônica estudadas. As vitrocerâmicas LZS e LZSA obtidas após os diversos processos termoquímicos estudados apresentam potencial para aplicações que demandam esforços mecânicos e térmicos, como por exemplo, ferramentas de corte, materiais biológicos e utensílios de laboratório. Abstract: During processing and use of finished glass and glass-ceramic products, defects are generated and they usually compromise their mechanical strength. One of the used methods to promote an increase in mechanical strength of glass and glass-ceramics materials is the ion exchange, in which an ion (usually an alkaline with a larger ionic ratio) from an external source (usually a salt) replaces position with another alkaline ion (with a smaller ionic ratio) contained in the materials. In this case, the ion substitution produce residual compressive stress on the surface of the chemically heat-treated glass-ceramic materials, which can promotes an increasing in mechanical strength. In this context, for this work, LZS (9.56Li2O.22.36ZrO2.68.08SiO2) and LZSA (11.00Li2O.12.60ZrO2.7.10Al2O3.68.60SiO2) sintered glass-ceramic compositions were processed and subjected to ion exchange by salt bath method and salt paste method using sodium and potassium nitrates (NaNO3 and KNO3). For salt paste method, the temperatures applied were 100oC below to the glass transition temperatures of the LZS and LZSA parent glasses, in the 60? 600 min holding time range. In the salt bath method, temperatures were less than 100oC below to the glass transition temperatures, due to the furnace limitations, and the holding times were from 15 min to 3 h. The first ion exchange process was the salt bath method with sodium nitrate, resulting in 0.2% (in mass) to 3.1% (in mass) sodium contents, exchange layers between 1800 and 2500 µm and diffusion coefficients in order of 10-5 cm²/s. The second process applied was the salt bath method with potassium nitrate, and the characterizations indicated potassium contents between 0.2 %(in mass) and 1.5% (in mass), exchange layers from 1100 to 2500 µm and diffusion coefficients also in order of 10-5 cm²/s, but smaller than those verified with sodium nitrate (1 to 75 x 10-5 cm²/s for ion exchange with sodium nitrate and between 0.1 and 11 x 10-5 cm²/s for ion exchange with potassium nitrate). The third and last ion exchange process was the salt paste method using sodium nitrate, which resulted in sodium contents between 0.3% (in mass) and 2.0% (in mass), exchange layers from 600 to 2000 µm and diffusion coefficients in order of 10-8 cm²/s. Despite the small amount of sodium or potassium obtained after different thermal-chemical processes, the exchange layer verified in the sintered LZS glass-ceramics (for three studied methods) resulted in adequate superficial stresses with mechanical strength increase from 8% to 20%. On the other hand, the sodium or potassium content presented in LZSA sintered glass-ceramics after ion exchange with different methods was distributed in an excessive exchange layer, which resulted in decrease from 26% to 40% on mechanical strength. For both glass-ceramics systems studied, an increase of Weibull?s modulus was verified in all ion exchanges studied conditions. LZS and LZSA glass-ceramics obtained after the different thermochemical studied processes presented characteristics to applications that demands mechanical and thermal efforts, like cutting tools, biological materials and laboratory utilities.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2020. O vidro, tal como o conhecemos hoje em dia, apresenta propriedades atrativas tais como dureza relativamente elevada, alta transparência, resistência térmica e química elevadas. Devido às suas características variáveis, existe uma grande atratividade para o desenvolvimento de materiais novos e avançados, através de técnicas de fabricação consolidadas e inovadoras. No presente trabalho a produção de vidro à base de dióxido de silício foi escolhido, dada a grande abundância na crosta terrestre e a sua multiplicidade de aplicações. Os objetivos deste trabalho consistiram em obter produtos à base de sílica a partir de dois métodos de produção: slip casting para vidro transparente e impressão em 3D para scaffolds com estruturas avançadas. As matérias-primas consistiram basicamente em nano (NS) e micro (MS) sílica amorfa e aditivos. Para slip casting, a suspensão foi preparada primeiro pela adição da NS em água, seguida por uma agitação mecânica por 4h a 1500 rpm. Em seguida, foi utilizada a técnica de sonicação por 30 minutos para evitar aglomeração e então a MS foi adicionada, com uma agitação por 3h a 1500 rpm. A suspensão foi vertida em moldes de gesso para o procedimento de slip casting, seguido de secagem, tratamento térmico, e depois polimento para obter o vidro transparente. Para a técnica de impressão 3D, foi produzido um novo pó com as matérias-primas (NMS). Foram preparadas duas suspensões: alginato de sódio e PVA, ambos com NMS. O processo consistiu na impressão das estruturas, seguida de secagem (temperatura ambiente e liofilização) e tratamento térmico. Os pós foram caracterizados: tamanho, com D50 de 227,8 nm para NS, 9,85 µm para MS e 7,47 µm para NMS, microestruturas (TEM/FESEM), e estabilidade térmica (DSC). As suspensões de slip casting e de robocasting foram estudadas quanto estabilidade através da reologia, com a observação de comportamento de shear-thinning para a suspensão de slip casting, bem como para as suspensões para impressão 3D. Os potenciais Zeta mostraram os valores de -30mV para NS, -50mV para MS e -35mV nos correspondentes pHs de trabalho. O material produzido por slip casting foi caracterizado quanto densidade com um valor resultante de 2,21 g/cm³ e propriedades ópticas, utilizando o índice de translucidez (TP) com um valor médio de ~38 % e de Opacidade de ~22 %, visualizando as possíveis aplicações ópticas relacionadas. Foram investigados os filamentos impressos quanto ao comportamento térmico utilizando dilatometria, mostrando que a suspensão de alginato de sódio encolheu cerca de 2% e o PVA cerca de 4%. A microestrutura das amostras impressas (disposição dos poros) foi avaliada com SEM, apontando a formação de porosidade unidirecional para estruturas de PVA. A densidade picnométrica foi de 2,41 g/cm³ para amostras de alginato de sódio com ~69% de porosidade e 2,41 g/cm³ com ~75% de porosidade para amostras de PVA. Os resultados foram exaustivamente discutidos, e foi fornecida uma ideia geral da taxa de sucesso. Para concluir, este trabalho dá uma visão geral da aplicabilidade da sílica como material de base para vidro transparente e scaffolds visando bioaplicações e abre possibilidades de maiores pesquisas nesses tópicos. Abstract: Glass as we know today presents appealing properties such as relatively high hardness, high transparency, thermal and very high chemical durability. Due to its varying features, there is a great attractiveness for the development of new and advanced materials, through consolidated and novel manufacturing techniques. In the present work silicon dioxide-based glass was chosen given the great abundance in Earth?s crust and its multiapplication. The objectives of this work consisted of achieving silica-based products from two production methods: slip casting for transparent glass and 3D printing towards advanced structures/scaffolds. The raw materials consisted basically of nano (NS) and micro (MS) scaled amorphous silica and additives. For slip casting, the suspension was prepared firstly by the addition of the NS into water, followed by a 4h stirring at 1500 rpm. Next, a 10 min sonication was used to prevent aggregation and the MS added, with a 3h stirring and 1500 rpm. The suspension was poured into gypsum molds for the slip casting procedure, followed by drying, firing, and then polishing to achieve the transparent glass. For the 3D printing technique, a new powder was produced with an occlusion organization with the nano and micro silicas (NMS). Two suspensions were prepared: sodium alginate with NMS and PVA gel with NMS. The process consisted of printing the structures, followed by drying (room temperature and lyophilization) and firing. The powders were characterized for: their size, with a D50 of 227.8 nm for NS, 9.85 µm for MS and 7.47 µm for NMS, microstructures using TEM and FESEM, and thermal stability through DSC data, in order to ascertain the possibility of achieving the expected results. Slip casting suspension and robocasting suspension were studied for its stability through rheology with the observance of a shear-thinning behavior for the slip casting suspension, as well as for the suspensions. Zeta potential experiments showed the values of -30mV for the NS, -50mV for MS and -35mV at their corresponding working pHs. Slip cast glass was characterized for its density with a resulting value of 2.21 g/cm³ and optical properties, using translucency index (TP) with an average value of ~38 and % Opacity of ~22%, visualizing the optical related possible applications. 3D printed filaments were investigated for its thermal behavior using dilatometry, showing that sodium alginate suspension shrinked around 2% and PVA gel around 4%. The printed samples? microstructure (pores arrangement) were evaluated with SEM pointing the formation of unidirectional porosity for PVA based structures. Picnometric density was of 2.41 g/cm³ for sodium alginate samples with ~65% porosity and 2.41 g/cm³ with ~75% of porosity for PVA based. Results were thoroughly discussed, and a general idea of success rate provided. To conclude, this work gives an overview of the applicability of silica as the basis material for transparent glass and bio scaffolds and opens the possibility of further research.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. Neste trabalho, compostos nanoestruturados, CaTiO3, CaTiO3/TiO2 e CaTiO3: Eu3+, foram sintetizados, utilizando a rota sol gel coloidal (50 °C), por meio de sois do Ca2+/TiO2 e do Ca2+/TiO2:Eu3+ para investigar propriedades fotoinduzidas. As propriedades fotocatalíticas foram estudas em NPs de TiO2, CaTiO3/TiO2: 0,4 e CaTiO3. Foi observado que durante a síntese quanto maior a razão molar de Ca2+/Ti4+, isto é, 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 e 1 menor é o tempo de peptização, respectivamente, ~10 h; ~7,0 h; ~4,0 h; ~3,75 h; ~3,50 h; e ~2,75 h. Os tamanhos médios de partícula foram de 15 nm para o sol de TiO2 e, aproximadamente 30 nm, para o Ca2+/TiO2. Foram obtidos, após a calcinação (300-900 °C), criogéis mesoporosos, formados por nanopartículas (< 50 nm). Em todos os casos ocorreu a formação da fase CaTiO3 a 500 °C. A atividade fotocatalítica foi determinada em função da temperatura de calcinação (500-900 °C) e do comprimento de onda aplicado (254, 312 e 365 nm). Os valores de rendimento quântico revelaram que o CaTiO3 ou o composto CaTiO3/TiO2 (0,4 razão molar) podem ser escolhidos como o fotocatalisador mais eficiente em temperaturas de calcinação mais elevadas e comprimentos de onda mais longos, enquanto o TiO2 é mais eficaz a baixas temperaturas de calcinação e comprimentos de onda mais curtos. As propriedades luminescentes foram estudadas dopando o CaTiO3 com 1, 2 e 3 %mol de Eu3+. Foi observado que o tempo de peptização do sol Ca2+/TiO2:Eu3+ 3 %mol foi de 2,15 h e que reduz 0,55 h comparado com o sol Ca2+/TiO2 equimolar sem dopante. O tamanho médio de partícula foi de ~20 nm. Foram obtidos pós Ca2+/TiO2:Eu3+ (Eu: 0, 1, 2, 3 %mol) depois da calcinação (300-900 °C). Em todos os casos também ocorreu a formação da fase CaTiO3 a 500 °C. Nesta temperatura as NPs aumentam de tamanho com maior concentração de Eu3+. O comportamento da luminescência das NPs CaTiO3:Eu3+ (Eu: 0, 1, 2, 3 %mol) foi estudado em função da temperatura de calcinação (500-900 °C) e do comprimento de onda de excitação (397 e 466 nm). Foi observado que as intensidades de emissão são maiores quando as NPs são excitadas a 397 nm e aumentam em função da maior temperatura de calcinação quando dopadas com 1 e 2 % de Eu3+. Com 3% de Eu3+ a intensidade de emissão a 500 °C é igual a 900 °C. As NPs apresentaram forte emissão na cor vermelha, não sendo possível diferenciar visualmente a concentração do Eu3+. Abstract : In this work, nanostructured compounds, CaTiO3, CaTiO3/TiO2 and CaTiO3: Eu3+, were synthesized using the sol-gel colloidal method (50 °C), through Ca2+/TiO2 and Ca2+/TiO2: Eu3+ sols to investigate photoinduced properties. The photocatalytic properties of TiO2, CaTiO3/TiO2: 0.4 and CaTiO3 NPs were studied. It was observed that during the synthesis the higher the molar ratio of Ca2+/Ti4 + (0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 and 1) the lower is the peptization time, ~ 10 h; ~ 7.0 h; ~ 4.0 h; ~ 3.75 h; ~ 3.50 h; and ~ 2.75 h, respectively. The mean particle sizes were 15 nm for the TiO2 sol and approximately 30 nm for the Ca2+/TiO2. After calcination (300-900 °C), mesoporous cryogels, formed by nanoparticles (

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. Vitrocerâmicas do sistema LAS (Li2O-Al2O3-SiO2) com boa resistência ao choque térmico foram obtidas com sucesso a partir do uso do concentrado de espodumênio como matéria-prima. O minério brasileiro, portador de Li2O, foi caracterizado por difratometria de raios X, fluorescência de raios X / espetroscopia de absorção atômica e microscopia eletrônica de varredura. O efeito da adição de agente nucleante foi analisado e a combinação TiO2.2ZrO2 foi usada de forma efetiva para promover a cristalização de volume. Três composições (Li2O.Al2O3.nSiO2) foram produzidas com n variando entre 2-4, entre as composições estequiométricas de eucripitita-ß e espodumênio-ß. Duas rotas de processamento foram estudadas a fim de obter vitrocerâmicas monolíticas e sinterizadas, baseadas nas tecnologias de fabricação de vidros e de cerâmicas, respectivamente. A caracterização das temperaturas características dos precursores vitrocerâmicos foi realizada por meio de dilatometria de contato e microscopia de aquecimento. O mecanismo de cristalização e a evolução microestrutural das vitrocerâmicas monolíticas foram investigados pelo cálculo do expoente de Avrami, que indicou nucleação heterogênea com cristalização de volume e crescimento de cristais uni- e bidimensional, confirmados pelas imagens de microscopia óptica. A formação das soluções sólidas de quartzo-ß e espodumênio-ß foram identificadas por difração de raios X, assim como a precipitação do agente nucleante como titanato de zircônio. O potencial de sinterização foi estimado pelo parâmetro SC que demonstrou a forte competição entre os processos de sinterização e cristalização no sistema vitrocerâmico. As vitrocerâmicas sinterizadas foram conformadas por colagem de barbotina e as propriedades reológicas da barbotina produzida com pó do precursor vitrocerâmico foram caracterizadas por viscosimetria rotacional. A densidade relativa dos compactos consolidados não foi elevada e apresentou porosidade de 44 %. As vitrocerâmicas apresentaram valores de a entre -0,370×10-6 °C-1 e 4,501×10-6 °C-1 até 700 °C. As peças sinterizadas resistiram com sucesso a 20 ciclos de choque térmico, com ?T de ~680 °C e a redução do módulo de elasticidade durante o ensaio foi de 0,4 GPa. Abstract : Glass-ceramics in the LAS system (Li2O-Al2O3-SiO2) with good thermal shock resistance were successfully obtained with the use of spodumene concentrate as raw material. The Brazilian Li2O-bearing mineral was characterized by X-ray diffractometry, X-ray fluorescence / atomic absorption spectroscopy and scanning electron microscopy. The effect of nucleating agent addition was examined and the TiO2.2ZrO2 combination was effectively used to promote bulk crystallization. Three compositions (Li2O.Al2O3.nSiO2) were produced with n between 2-4, within the stoichiometric compositions of ß-eucryptite and ß-spodumene. Two processing routes were studied to obtain monolithic and sintered glass ceramics, based on glass and ceramic manufacturing technologies. Characterization of the parent glass characteristic temperatures was performed by contact dilatometry and heating microscopy. The crystallization mechanism and microstructural evolution of the monolithic glass ceramics were investigated, Avrami exponent was determined, indicating heterogeneous nucleation with bulk crystallization and 1- and 2-dimensional crystal growth, confirmed by the optical microscopy. The formation of quartz-ß and ß-spodumene solid solutions were identified by X-ray diffraction, as well as the precipitation of the nucleating agent as zirconium titanate. The sintering potential was estimated by the SC parameter that demonstrated the strong competition between the sintering and crystallization processes in the studied glass ceramic system. The sintered glass ceramics were shaped by slip casting and the rheological properties of the parent glass powder slip were characterized by rotational viscometry. The relative density of the consolidated compacts was low, with 44% porosity. The obtained glass-ceramics presented a between -0.370 × 10-6 ° C-1 and 4.501 × 10-6 °C-1 up to 700 °C. The sintered parts withstood 20 cycles of thermal shock with ?T of ~680 °C with elastic modulus loss of 0.4 GPa throughout the test.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Gradução em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. A cinética de crescimento de camadas cristalinas superficiais e sua influência nas propriedades mecânicas, foram estudadas em vidros dos sistemas LZS, 9,56Li2O?22,36ZrO2?68,08SiO2 (% massa) e LZSA, 11,70Li2O?12,60ZrO2?7,10Al2O3?68,60SiO2 (% massa). O vidro foi produzido a partir de matérias-primas (Li2CO3, ZrSiO4, Al2O3 e SiO2), comercialmente disponíveis. Estas foram dosadas, homogeneizadas e fundidas a 1550 °C/ 120 min e, os líquidos obtidos, vazados em molde metálico. Foi determinada a composição química dos vidros obtidos e análises térmicas foram realizadas para a determinação do coeficiente de expansão térmica e das temperaturas características dos vidros produzidos por meio de calorimetria diferencial exploratória. Analisou-se a cinética de cristalização superficial onde, primeiramente, determinou-se, usando o método não isotérmico de Kissinger, a energia para a cristalização dos vidros. Em seguida, amostras dos vidros foram preparadas e submetidas a tratamentos térmicos em diferentes temperaturas (825 950 °C) e tempos (30 150 min), formando camadas cristalinas superficiais. Foi realizado o corte e a preparação ceramográfica (seção transversal), tal que imagens das camadas cristalizadas formadas puderam ser visualizadas (MO/MEV) e medidas. Os resultados mostraram que é possível obter-se vitrocerâmicos dos sistemas LZS e LZSA, contendo silicatos de lítio e de zircônio e espodumênio-ß. As espessuras variaram entre 13 e 3480 µm, com taxas de crescimento entre 0,4 e 25 µm/min. Amostras dos vidros foram submetidas a tratamentos térmicos (775 °C/ 540 780 min, LZS, 700 °C/ 480 720 min, LZSA) para a formação de uma camada cristalina superficial e posterior análise das propriedades mecânicas dos vitrocerâmicos formados. Para ambos os sistemas, houve um incremento nas propriedades analisadas que foram módulo de elasticidade, resistência mecânica à flexão e microdureza Vickers. Este incremento está ligado a formação de uma camada de forças compressivas superficiais geradas em função da evolução da camada cristalina. Abstract : The growth kinetics of surface crystalline layers and its effect on mechanical properties were studied in glasses system LZS, 9,56Li2O?22,36ZrO2?68,08SiO2 (wt. %) and LZSA, 11,70Li2O?12,60ZrO2?7,10Al2O3?68,60SiO2 (wt. %). The glasses were produced from commercial raw materials (Li2CO3, ZrSiO4, Al2O3 e SiO2). These, were weighted, homogenized and melted (1550 °C/ 120 min) and casted in metal mold. Was determined the chemical composition of the glasses and thermal analysis were done in order to determine thermal expansion coefficient and the characteristic temperatures of the glasses produced by differential scanning calorimetry. We analyzed the surface crystallization kinetics; first, it was determined, using the non-isothermal method of Kissinger to determine the energy for crystallizing the glasses. Then samples were prepared and heat-treated at different temperatures (825 ? 950 °C) and times (30 ? 150 min) making the crystal layers. After, the samples were cutted, ground and polished (cross-section), such that images of the crystallized layer formed could be visualized (OM/SEM) and measured. The results shown that is possible to obtain glass-ceramics from LZS and LZSA system, with lithium and zirconium silicates and spodumene-ß. The thickness varied between 13 and 3480 µm, with growth rate between 0.4 and 25 µm/min. Other samples were heat-treated (775 °C/ 540 ? 780 min, LZS, 700 °C/ 480 ? 720 min, LZSA) to generate crystalline layer and evaluate the mechanical properties in the glassceramics obtained. For both, there has been an increase in the analyzed properties, which were elastic modulus, flexural strength and Vickers hardness. This growth is linked to the formation of a compressive layer on surface generated due to the evolution of the crystalline layer.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016 Os sólidos celulares (porosidade média acima de 70 %) são materiais compostos por uma fase sólida e uma fase fluídica. Devido à baixa condutividade térmica do ar (0,027 W/m.K), tais materiais são excelentes isolantes térmicos. Além dos materiais cristalinos normalmente utilizados para a obtenção dos sólidos celulares, existe a possibilidade de obtenção a partir de materiais vítreos ou parcialmente cristalinos, como os vidros e as vitrocerâmicas, e neste grupo encontram-se as espumas vítreas.Espumas vítreas foram obtidas a partir do reaproveitamento de vidros de garrafa, de diferentes colorações, e com a adição de casca de arroz (3 - 25% em massa) e conchas de ostras (1 - 15% em massa) como agentes formadores de poros. As matérias-primas foram moídas a seco, em duas etapas, e os pós obtidos (passantes em peneira de 45 µm) foram homogeneizados a úmido e então compactados (20 MPa). Os compactos obtidos foram queimados (700 - 950 °C por 30 a 120 min) e,subsequentemente, caracterizados do ponto de vista de suas propriedades químicas, físicas, estruturais e morfológicas. A decomposição dos agentes porogênicos em intervalos de temperatura específicos promoveu o aprisionamento dos gases gerados, resultando na expansão das espumas.As análises térmicas indicaram que as formulações contendo 15% de casca de arroz e as formulações contendo 9% de conchas de ostras apresentaram a melhor relação entre as quantidades de matérias-primas eo processamento utilizados e a expansão máxima resultante. As espumas vítreas obtidas, em sua maioria, apresentaram propriedades com valores dentro dos limites usuais das espumas vítreas comerciais, indicando a possibilidade de obtenção de materiais com porosidade controlada a partir de matérias-primas alternativas, com aplicações onde o isolamento térmico e acústico e a não inflamabilidade são os principais requisitos técnicos. As espumas vítreas obtidas com casca de arroz apresentaram porosidade entre 20 e 85% com condutividade térmica entre 0,068 e 0,154W/m.K e resistência à compressão entre 1,1 e 1,8 MPa. As espumas vítreas contendo conchas de ostras como agente porogênico apresentaram porosidade entre 81 e 91% com condutividade térmica entre 0,057 e 0,077W/m.K e resistência mecânica entre 0,7 e 2,3 MPa. O aumento da porosidade promoveu a diminuição tanto na resistência mecânica quanto na condutividade térmica. Abstract: Cellular solid (average porosity above 70%) are materials composed of a solid phase and a fluidic phase. Due to the low thermal conductivity of air(0.027 W/m.K), such materials are excellent thermal insulators. Besides the crystalline materials normally used for obtaining the cellular solids, there is the possibility of obtaining from vitreous or partly crystallinematerials, such as glasses and glass ceramics, and in this group are the glass foams. Glass foams were obtained from glass bottle recycling with different colors, and adding rice husk (3 - 25 wt%) and oyster shells (1 -15 wt%) as pore forming agents. Raw materials were dry milled in twostages, and powders (under a 45 µm sieve) were wet homogenized andthen compacted (20 MPa). The obtained compacts were fired (700 - 950°C for 30 to 120 min) and subsequently characterized according to theirchemical, physical, structural and morphological properties. Decomposition of pore forming agents in specific temperature rangespromoted the capture of the generated gases resulting in expansion of thefoam. Thermal analyzes indicated that formulations containing 15 wt%rice husks and formulations containing 9 wt% oyster shells had the bestrelationship between the quantities of raw materials and processing usedand maximum resulting expansion. In general, the glass foams obtainedpresented values within the usual limits of commercial glass foams,indicating the possibility of obtaining materials with controlled porosityfrom alternative raw materials, with applications where thermal andacoustical insulation and non-flammability are the main technicalrequirements. Glass foams obtained with rice husk showed porositybetween 20 and 85% with a thermal conductivity between 0.068 and0.154 W/m.K and compressive strength between 1.1 and 1.8 MPa. Glassfoams containing oyster shells as porogenic agent showed porositybetween 81 and 91% with thermal conductivity between 0.057 and 0.077W/m.K and compressive strength between 0.7 and 2.3 MPa. Increasingporosity promotes a decrease in the value both in compressive strengthand in thermal conductivity.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. Compósitos do sistema LZS+Al2O3 foram obtidos por meio de duas rotas de processamento. Na Rota A, o sistema LZS (19,58Li2O.11,10ZrO2. 69,32SiO2) foi obtido a partir da fusão das matérias-primas (carbonato de lítio, quartzo e silicato de zircônio). As fritas obtidas foram moídas e misturadas com nanopartículas de Al2O3 (13 nm; 1-5 %). Na Rota B, os sistemas LZS e LZS+Al2O3 foram obtidos por meio do processamento coloidal de óxidos nanoestruturados de precursores (SiO2, ZrO2, Al2O3 e um precursor de lítio obtido da reação de Li2CO3 e ácido acético). As suspensões obtidas foram congeladas em nitrogênio líquido e liofilizadas. As nanoestruturas obtidas apresentaram ~25 nm de diâmetro. Os pós resultantes das duas rotas foram conformados por prensagem uniaxial e colagem de fitas. Posteriormente foram sinterizados e suas propriedades foram avaliadas. A incorporação de nanopartículas de Al2O3 em matriz LZS reduziu significativamente o coeficiente de expansão térmica (CET). Os compósitos obtidos por meio da Rota A sinterizados a 900 ºC obtiveram densidades relativas de 92 a 98%, apresentaram silicato de zircônio e espodumênio-ß como principais fases cristalinas, dureza entre 4,6 e 6 GPa, módulo de elasticidade entre 78 e 111 GPa. Por outro lado, os compósitos nanoestruturados, produzidos pela Rota B apresentaram as fases cristalinas Li2ZrSi6O15, dissilicato de lítio, e silicato de zircônio. A baixa sinterabilidade dos compósitos, demonstrou a necessidade do uso de técnicas não convencionais de sinterização, como o Spark Plasma Sintering (SPS). Os curtos tempos de processo de SPS (1 min), não permitem que a zircônia reaja para formar silicato de zircônio, já que a evolução das fases depende da reação da alumina para formar outras fases cristalinas. O CET obtido pelos compósitos sinterizados por SPS não resultou tão baixo quanto aos sinterizados de forma convencional, no entanto, tiveram as maiores densidades e melhores propriedades mecânicas, ou seja, dureza entre 5 e 9 GPa e módulo de elasticidade entre 78 e 105 GPa. Após processamento coloidal dos pós obtidos pelas duas rotas de processamento, foram produzidas fitas flexíveis, homogêneas, livre de trincas e de fácil descolagem do substrato. Arquiteturas complexas foram obtidas, como laminados 4 camadas com concentrações graduais de nanopartículas de Al2O3, o vitrocerâmico LZS foi laminado em bicamadas com o aço inoxidável AISI 316L e o compósito nanoestruturado 5AnB com wafer de silício e foram obtidas bicamadas livres de trincas e delaminações. Abstract : LZS/Al2O3 composites were obtained by two processing routes. In Route A, the LZS system (19.58Li2O·11.10ZrO2·69.32SiO2) was obtained by melt of raw materials (lithium carbonate, quartz and zirconium silicate). The frits were milled and mixed with Al2O3 nanoparticles (13 nm; 1-5vol.%). In Route B, the LZS and LZS + Al2O3 systems were obtained by colloidal processing of the oxide precursors nanoparticle (SiO2, ZrO2, Al2O3, and a lithium precursor obtained by reaction of Li2CO3 and acetic acid). The suspensions were frozen in liquid nitrogen and lyophilized. The nanostructure obtained showed ~ 25 nm in diameter. The resulting powders of the two routes were conformed by uniaxial pressing and tape casting. Subsequently, they were sintered and their properties were evaluated. The Al2O3 addition resulted in reduced the coefficient of thermal expansion (CTE). The composites obtained through Route A sintered at 900 ºC obtained relative densities of 92 to 98%, presented zirconium silicate and ß-spodumene as the main crystalline phases, hardness between 4.6 and 6 GPa, modulus of elasticity between 78 and 111 GPa. On the other hand, the nanostructured composites produced by Route B presented the crystalline phases Li2ZrSi6O15, lithium disilicate, and zirconium silicate. The low sinterability of the composites demonstrated the need for the use of non conventional sintering techniques, such as Spark Plasma Sintering (SPS). The short SPS process times (1 min) do not allow the zirconia to react to form zirconium silicate, since the evolution of the phases depends on the reaction of the alumina to form other crystalline phases. The CTE obtained by the composites sintered by SPS was not as low as conventional sintered, however, they had the highest densities and better mechanical properties, that is, hardness between 5 and 9 GPa and modulus of elasticity between 78 and 105 GPa. After colloidal processing of the powders obtained by the two processing routes, flexible, homogeneous strips were produced, free of cracks and easy take-off of the substrate. Complex architectures were obtained as 4 layer laminates with graded concentrations of Al2O3 nanoparticles, the LZS glass ceramic was laminated in bilayers with AISI 316L stainless steel and 5AnB nanostructured composite with silicon wafer and freezings were obtained from cracks and delaminations.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. Nanoaluminato de magnésio (MgAl2O4) foi sintetizado com sucesso por reação de combustão em solução, utilizando como combustíveis glicerinas loira e bruta, provenientes do biodiesel. O aluminato de magnésio obtido, em pó, foi preparado utilizando?se duas rotas de processamento denominadas de aquecimento convencional e aquecimento rápido. As etapas iniciais foram as mesmas, isto é, os precursores, Al(NO3)3.9H2O e Mg(NO3)2.6H2O, em proporção molar de 2:1, foram dissolvidos em 20% (em massa) de água deionizada e submetidos a agitação magnética, com aquecimento a 70 °C até o início da reação, com a adição dos combustíveis. No aquecimento convencional foram utilizados como combustíveis sacarose, glicerina pura, glicerina loira, glicerina loira seca por 24h, glicerina loira seca por 24h +gel, gel e glicerina bruta. No aquecimento rápido, os combustíveis utilizados foram glicerina loira e bruta. As espumas cerâmicas foram produzidas por dois métodos, isto é, a termoespumação e a réplica polimérica, utilizando a mesma suspensão base. Os pós e as espumas produzidas foram caracterizados do ponto de vista de suas propriedades macro e microestruturais e de suas propriedades mecânicas e térmicas. Os resultados mostraram que somente o pó produzido por aquecimento rápido, utilizando glicerina loira como combustível, apresentou fase única formada de MgAl2O4. Este pó apresentou tamanhos (diâmetros) de partículas primárias ou cristalitos de 9 nm e área superficial de 112 m2.g-1. As espumas de MgAl2O4 produzidas por réplica e termoespumação (queimadas a 1600 °C/120 min, usando pó calcinado a 900 °C/120 min) apresentaram porosidades de 94% e 97% e resistência mecânica de 1,0 e 0,10 MPa, respectivamente. Estas espumas, aplicadas como queimadores porosos, operaram em condições semelhantes à queimadores porosos de Al2O3 para um único ciclo térmico. Abstract : Nanosized magnesium aluminate (MgAl2O4) was successfully synthesized by combustion reaction in solution using as fuels crude and blonde glycerin from the biodiesel. The magnesium aluminate powder obtained was prepared using two processing routes called conventional heating and fast heating. The initial steps are the same, i.e., precursors, Al(NO3)3.9H2Oand Mg(NO3)2.6H2O in molar ratio of 2:1 were dissolved in 20% (by weight) of deionized water and subjected to magnetic stirring with heating at 70°C until the reaction has started with the addition of fuels. In conventional heating saccharose, pure glycerin, blonde glycerin, blonde glycerin dried for 24 hours, blonde glycerin dried for 24 hours + glycerin gel, gel and crude glycerin were used as fuels. In the fast heating, the blonde and crude glycerins were used as fuels. Ceramic foams were produced by two methods, i.e., thermal foaming and by the replication method using the same base suspension. The powders and the ceramic foams produced were characterized from the point of view of their macro and microstructural properties and their mechanical and thermal properties. The results showed that only the powder produced by fast heating using blonde glycerin as fuel, showed the MgAl2O4 single phase. This powder had sizes (diameters) of primary particles or crystallites of 9 nm and surface area of 112 m2.g-1. The MgAl2O4 foams produced by the thermal foaming and the replication method (fired at 1600°C/120 min using powders calcined at 900°C/120min) had porosity of 94% and 97% and mechanical strength of 1.0 to 0.10Mpa, respectively. These ceramic foams, applied as porous burners, operated under conditions similar to porousAl2O3burnersfor a single thermal cycle.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. Espumas vitrocerâmicas pertencentes ao sistema Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3 (LZSA) foram preparadas com sucesso pelo método de gelcasting. Este método associado à aeração das suspensões cerâmicas contendo um agente espumante (Alkolan CP 30 EG) permitiu a produção de estruturas com elevada porosidade aberta (? 90%), com poros tendendo à forma esférica, elevada interconectividade celular e boa resistência mecânica à verde. Alguns parâmetros de processo, como por exemplo, variação no teor de sólidos da suspensão cerâmica, quantidade de monômeros orgânicos e de agente espumante, foram estudados a fim de se estabelecer correlações destes com as características do produto final. As espumas vitrocerâmicas obtidas foram impregnadas (com nitrato de níquel e nitrato de cobalto hexahidratados), calcinadas, reduzidas e avaliadas como suportes catalíticos frente à reação de decomposição de etanol, nas temperaturas de 550 e 700 °C. Os produtos gasosos e líquidos das reações foram analisados por cromatografia gasosa e os materiais sólidos (materiais carbonáceos) foram analisados por TG/DSC, Raman e MET. Os resultados mostraram que os materiais estudados foram ativos para a produção de hidrogênio. O aumento do teor metálico e/ou temperatura resultou em maior conversão do etanol e maior produção de hidrogênio. Este resultado foi maior para as reações usando o Ni como fase ativa, indicando ser melhor catalisador para a reação de decomposição do etanol. Todas as reações levaram a deposição de carbono nanoestruturado (nanofibras e/ou nanotubos de carbono). Abstract : Glass-ceramics foams belonging to the Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3 (LZSA) were successfully prepared by gelcasting method. This method associated with the aeration of ceramic suspensions containing a foaming agent (30 EG Alkolan CP) allowed the production of structures with a high open porosity (> 90%), with spherical pores, high cellular interconnectivity and good green mechanical strength. Some process parameters, such as changes in the solid content of the ceramic suspensions, the amount of organic monomers and foaming agent were studied in order to establish correlations with the characteristics of the final product. The obtained glass-ceramic foams were impregnated (with nickel nitrate and cobalt nitrate hexahydrated), calcined, reduced and evaluated as catalyst supports in the ethanol decomposition reaction at temperatures of 550 to 700 °C. Gaseous and liquid products of the reactions were analyzed by gas chromatography and solid materials (carbonaceous materials) were analyzed by TG/DSC, Raman and TEM. The results showed that the studied materials were active for hydrogen production. By increasing the metal content and/or temperature resulted in higher conversion of ethanol and hydrogen production. This result was higher for the reactions using Ni as active phase, indicating that it is a better catalyst for the decomposition reaction of ethanol. All reactions lead to deposition of nanostructured carbon (nanofibers and/or carbon nanotubes).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. O termo areia industrial compreende areias com elevado conteúdo de quartzo e com uma variedade de aplicações, cada uma com especificações físicas e químicas bem definidas. A mesorregião Centro-Norte do estado de Mato Grosso do Sul oferece um grande potencial para o uso eficiente e sustentável de areia de quartzo. Levando-se em conta o grande montante de areia presente e, atualmente utilizado, basicamente para fins de baixo valor agregado. Sendo assim, 100 pontos de perfuração foram definidos, tal que as amostras obtidas foram caracterizadas por difração de raios X, espectroscopia de fluorescência de raios X, microscopia óptica, distribuição de tamanho de partícula e espectrofotometria. Os resultados principais mostraram que as amostras de areias apresentaram teores relativamente elevados de sílica (SiO2) e baixos de hematita (Fe2O3), isto é, 70% contêm mais que 90% de SiO2 e 63% contêm menos que 1% de Fe2O3. As areias ainda apresentaram alumina (Al2O3) em sua composição química, sendo que 91% das amostras contêm menos que 8% de Al2O3, indicando uma pequena presença de material argiloso. Análises cristalográficas indicaram picos característicos de quartzo e, para algumas amostras, picos de caulinita e hematita. Análises de tamanho de partícula mostraram que 90% das amostras apresentaram tamanho médio entre 200 e 500 µm. A partir dos resultados das caracterizações, foram propostas aplicações industriais compatíveis com as características apresentadas pelas areias, que incluíram os setores vidreiro e de revestimentos cerâmicos. Assim e com a finalidade de se verificar ainda o potencial deste mineral, vidros, fritas e vidrados cerâmicos foram desenvolvidos, em nível laboratorial, e caracterizados quanto as suas propriedades físicas, químicas, estruturais, térmicas e ópticas, e comparados com produtos comerciais. Os principais resultados mostraram um vidro com sua estrutura amorfa característica e, elevada transparência, com transmitância entre 80 e 90% na faixa de comprimento de onda da luz visível. As fritas, mate e transparente, revelaram-se fundentes quando utilizadas isoladamente em vidrados cerâmicos de mesma natureza, porém adequadas quando em conjunto com fritas de caráter refratário. Os vidrados mate e transparente produzidos, a partir das fritas, apresentaram adequado efeito estético e características típicas de vidrados comerciais. Abstract : The term industrial sand comprises sand with a high content of quartz and variety of applications, each one with well-defined physical and chemical specifications. The North-Central region state of Mato Grosso do Sul offers great potential for the efficient and sustainable use of quartz sand. Taking into account the large amount of sand present and currently used primarily for the purpose of low added value. Thus, 100 drilling points were defined such that the samples obtained were characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectroscopy, optical microscopy, particle size distribution and by spectrophotometry. The main results showed sands samples with relatively high contents of silica (SiO2) and low contents of hematite (Fe2O3), i.e., 70% contain more than 90% SiO2 and 63% contain less than 1% Fe2O3. The sands also showed alumina (Al2O3) in its chemical composition, which 91% of the samples containing less than 8% of Al2O3, indicating a small content of clay minerals. Crystallographic analysis indicated characteristic peaks of quartz and, for some samples, peaks of kaolinite and hematite. Particle size analysis showed that 90% of the samples showed an average size between 200 and 500 µm. From characterization results, it was proposed some industrial applications compatible with the characteristics presented by the sands, such as glasses and ceramic glazes for ceramic tiles. Thus aiming to verify the potential of this mineral glasses and ceramic frits were produced in laboratory scale and characterized according to their physical, chemical, structural, thermal and optical properties and results compared to those of commercial products. The mainly results showed a glass, with characteristic of amorphous structure and, high transparency with a transmittance from 80 to 90% in the wavelength range of visible light. The frits, matt and transparent ones, are fluxes when used alone in ceramic glazes of the same nature, but appropriate when paired with frits of the refractory character. Matte and transparent glazes, produced from frits, showed adequate aesthetic aspect and typical characteristics of commercial glazes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013. O objetivo deste trabalho é desenvolver um engobe cerâmico para produção de placas cerâmicas para revestimento do tipo monoqueima, a partir da utilização de lodo (resíduo) proveniente de Estação de Tratamento de Efluentes Líquidos (ETE) de uma empresa fabricante de revestimentos cerâmicos. O emprego deste resíduo na formulação de fritas pode ser uma alternativa de redução de custos industriais e valorização do resíduo. Assim, uma quantidade representativa do resíduo foi coletada, secada e caracterizada por meio de análise química, difratometria de raios X, determinação da distribuição de tamanhos de partículas, análise termodiferencial e termogravimétrica e análise dilatométrica. Além disso, o lodo cerâmico foi avaliado segundo a Norma ABNT NBR 10004:2004. Os resultados mostraram que o lodo cerâmico possui concentrações elevadas de bário e alumínio e de fluoretos no extrato solubilizado, sendo classificado como Resíduo Classe I ? Perigoso. As principais fases cristalinas identificadas foram quartzo-a, silicato de zircônio, anortita e silicato de bário de maneira que o coeficiente de expansão térmica do resíduo, após queima, foi de 56 x 10-7 oC-1. O diâmetro médio de partículas do resíduo foi de 11 µm caracterizando uma elevada reatividade nos processos de sinterização e fusão. Depois de caracterizado, testou-se a viabilidade de aplicação do lodo cerâmico selecionado como matéria-prima no desenvolvimento de fritas cerâmicas. As análises realizadas de dilatometria, botão de escorrimento e análise visual, mostraram que a incorporação do lodo cerâmico não comprometeu as propriedades das fritas cerâmicas desenvolvidas. Os resultados obtidos, demonstrou grande possibilidade de valorização do resíduo como matéria-prima cerâmica. Os engobes formulados apresentaram resultados compatíveis com o padrão, apresentando apenas uma coloração um pouco mais escura o que não limita sua utilização em peças cerâmicas. As análises de DRX realizadas nos três engobes formulados apresentaram silicato de zircônio como principal fase cristalina em todas as formulações e temperaturas de tratamento térmico empregadas. A porosidade do engobe E3 queimado a 1150ºC foi similar ao padrão comercial. Em escala semi-industrial esse engobe apresentou propriedades semelhantes aos engobes usualmente utilizados na fabricação de placas cerâmicas de revestimento, principalmente no ensaio de mancha d'água.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013 Neste trabalho, misturas de precursor vitrocerâmico particulado (matriz vitrocerâmica) de composição 9,56Li2O.22,36.ZrO2.68,08SiO2 (5 µm) e partículas (350 nm) de Al2O3- , (1-40 vol.%) foram preparadas e processadas com o propósito de estudar a influência da alumina sobre as propriedades térmicas e elétricas dos compósitos (LZS/Al2O3- ) obtidos para aplicações na tecnologia LTCC. Os compósitos obtidos, sinterizados entre 800 e 950ºC por 30 a 120 min, com densidades relativas entre 85 e 93%, apresentaram silicato de zircônio e espodumênio-? como principais fases cristalinas. A resistência à flexão máxima (290 MPa) foi alcançada para compósitos com 1% Al2O3- . Para compósitos contendo entre 1 e 10% Al2O3- , sinterizados a 900ºC/30 min, as condutividades elétrica e térmica e o coeficiente de expansão térmica linear, variaram entre 3,35 e 1,21 x 10-10 S/cm, 4,65 e 2,98 W/mK, 9,54 e 3,36 x 10-6 °C-1, respectivamente.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 Este trabalho de pesquisa teve como objetivo principal a investigação e a caracterização dos parâmetros de processamento para a obtenção de filtros catalíticos produzidos a partir de fibras naturais de sílica amorfa, FNSA (suporte/filtro) e Níquel (catalisador), por meio de uma nova rota de deposição denominada rota seca (in situ) na qual a redução do óxido de níquel (NiO) e a sinterização do suporte/filtro ocorrem em uma única etapa de tratamento térmico. Foram obtidos, também, filtros catalíticos pela rota úmida (impregnação), normalmente utilizada industrialmente. Em uma primeira etapa, foram preparadas suspensões aquosas contendo FNSA e bentonita (ligante). As suspensões foram homogeneizadas, secas e desagregadas. O material seco obtido foi umidificado (10%) e compactado (5,4 MPa), uniaxialmente, por meio de uma prensa hidráulica em matriz cilíndrica. Os suportes/filtros fibrosos cerâmicos obtidos foram tratados termicamente no intervalo de temperatura compreendido entre 900 e 1100oC por 30 min. As FNSA foram caracterizadas por fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análises térmicas (DIL e DTA/ATG). A resistência mecânica dos suportes/filtros fibrosos variou entre 1,94 e 2,41 MPa. A porosidade permaneceu praticamente constante (62-65%) e os valores obtidos para a permeabilidade k1 variaram de 4,18 a 5,15 x 10-12 m2 e para k2 de 3,19 a 4,70x10-7 m2. A segunda etapa foi a obtenção dos filtros catalíticos pela nova rota seca (in situ), onde as FNSA, bentonita e o NiO (3,67% e 6,79%) foram misturados a seco e umidificados. Na rota úmida o pó contendo FNSA e bentonita foi adicionado em uma solução de nitrato de níquel hexahidratado (0,5M) sob agitação e aquecimento (70ºC/180 min). Em ambas as rotas, o pó obtido foi umidificado (10% em massa) e prensado, uniaxialmente, a 5,4 MPa. Os compactos verdes foram aquecidos até 500oC/60min a 5oC/min em uma atmosfera de 5%H2/95%N2 para a redução do NiO/Ni(NO3)2, seguido por um aumento da temperatura até 1000oC/60min a 10oC/min em N2 para sinterização. Os filtros catalíticos foram caracterizados de acordo com as suas propriedades físicas, químicas, mecânicas, microestruturais e fluidodinâmicas. A eficiência de filtração foi de 99,9% para todos os filtros estudados. Os filtros catalíticos de fibras naturais de sílica amorfa com níquel depositado sobre as fibras foram produzidos com sucesso através de duas técnicas diferentes, chamadas nova rota seca (in situ) e rota úmida. A nova rota seca (in situ) mostrou uma maior eficiência, em altas temperaturas, na conversão dos gases propano e propeno, atingindo conversões de 53% e 81%, respectivamente. Os filtros catalíticos obtidos mostraram-se promissores para serem usados na remoção de partículas e purificação de gases gerados no processo de combustão de veículos diesel. This research work aimed the investigation and characterization of the processing parameters to obtaining of catalytic fibrous filters produced from natural amorphous silica fibers, NASF (support/filter) and nickel (catalyst), by a new deposition route denominated dry route (in situ) in which the reduction of the added nickel oxide (NiO) and support/filter sintering occurs in a single heat-treatment step. Catalytic filters were also obtained by the wet route (impregnation), commonly used in the industry. Initially, aqueous suspensions containing NASF and bentonite (as binder) were prepared. The suspensions were homogenized, dried and disaggregated. The obtained dried material was then humidified (10 wt.%) and uniaxially pressed (5.4 MPa) by using a hydraulic press in a cylindrical matrix. The obtained compacts (supports/ceramic fibrous filters) were then heat-treated in the 900-1100oC temperature range for 30 min. The NASF were characterized by X-ray fluorescence (XRF), Xray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), thermal analysis (DIL and DTA/TGA). The mechanical strength of the supports/fibrous filters ranged between 1.94 and 2.41 MPa. The porosity remained almost constant (62-65%) and the values obtained for the permeability k1 ranged from 4.18 to 5.15 x 10-12 m2 and for k2 from 3.19 to 4.70x10-7 m2. In a second step, catalytic filters were obtained by the new route (dry-in situ), where NASF, bentonite and NiO (3.67 and 6.79%) were dry mixed and humidified. In the wet route the powder containing NASF and bentonite was added in a nickel nitrate solution (0.5M) and then stirred and heated at 70oC/180 min. In both routes the obtained powder was humidified and uniaxially pressed at 5.4 MPa. The green compacts were then heated up to 500°C/60 min at 5°C/min in a 5%H2/95%N2 atmosphere for the NiO/Ni(NO3)2 reduction and then the temperature was increased up to 1000oC/60 min at 10°C/min in N2 for sintering. The catalytic filters were characterized according to their physical, chemical, mechanical, microstructure and fluid dynamic properties. The filtration efficiency was of approximately 99.9% for all filters. Fibrous Ni-deposited natural amorphous silica catalytic filters were successfully produced through two different techniques named wet and dry routes. The new route dry (in situ) showed a higher efficiency at high temperatures, the conversion of propane and propylene gases, reaching conversions of 53% and 81% respectively. The catalytic filters obtained showed to be promising for use to remove particulates and purify the gases generated in the combustion process of diesel vehicles.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 Este trabalho teve como objetivo a obtenção e caracterização de biovitrocerâmicas celulares para ser utilizadas como material de implante, suporte para o crescimento do tecido ósseo. Foram preparados quatro tipos de vidros do sistema SiO2-P2O5-CaO-Na2O, os quais foram denominados vidros D, E, F e G. Estes vidros foram obtidos a partir da mistura e fusão de seus precursores, carbonato de cálcio (CaCO3), carbonato de sódio (Na2CO3), fosfato de amônio dibásico [(NH4)2HPO4] e sílica (SiO2). Esses vidros foram usados para preparar as biovitrocerâmicas celulares por espumação direta usando CaCO3 como agente espumante ou pelo método da réplica usando uma esponja de poliuretano como template. Tanto os vidros como as vitrocerâmicas celulares foram analisados por técnicas de Fluorescência de Raios X (FRX), Análise Térmica Simultânea (TG/DTA), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Energia Dispersiva de Raios-X (EDX), medidas de densidade, porosidade e expansão volumétrica. Também foram feitas medidas de resistência mecânica à compressão, análise em Fluido Corpóreo Simulado (SBF) e citotoxicidade. Todas as vitrocerâmicas celulares preparadas apresentaram uma resistência mecânica à compressão entre 3 e 12 MPa, que coincide com os valores do osso trabecular. Além disso, todas as vitrocerâmicas mostraram ser bioativas quando imersas em SBF. A vitrocerâmica preparada com o vidro F, 2% de CaCO3 tratada termicamente a 900ºC foi a vitrocerâmica que apresentou as características mais promissoras de acordo com a utilização proposta. A vitrocerâmica celular obtida pelo método da réplica também se mostrou adequada para ser usada como implante, suporte para o crescimento do tecido ósseo, pois além de apresentar poros interconectados maiores que 100 µm mostrou-se bioativa quando imersa em SBF e não citotóxica quando analisada em meio de cultura de células. Este trabalho pode contribuir com todos aqueles que pretendem obter materiais porosos que possam ser utilizados não só como suporte para o crescimento do tecido ósseo, mas também como filtros, suportes catalíticos, isolantes térmicos e acústicos, membranas, sensores de gás, material estrutural leve, já que apresenta vários métodos de preparação de materiais porosos e diversas técnicas de caracterização que podem ser utilizadas para caracterizar este tipo de material.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2011 O presente trabalho consiste na investigação sobre a influência da geometria de aplicação através de desenhos variados, bem como da fração de área cobertura de um esmalte compósito, com matriz vitrocerâmica do sistema LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) reforçado com partículas cristalinas de silicato de zircônio (ZrSiO4), aplicado sobre a superfície vítrea de um revestimento cerâmico brilhante, cujo objetivo é otimizar a relação entre resistência ao risco e o brilho e analisar as propriedades antiderrapantes do produto, através do aumento do coeficiente de atrito. Neste contexto, investigou-se a influência da geometria da aplicação serigráfica e da fração de área de cobertura nas características superficiais de revestimentos esmaltados de um esmalte compósito, tendo uma composição vitrocerâmica do sistema LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) como matriz e partículas de silicato de zircônio (20% em massa) como reforço. Aplicou-se o esmalte compósito sobre a superfície vítrea de um revestimento cerâmico brilhante com a técnica de serigrafia. Foram ensaiadas quatro geometrias, com fração de área de cobertura diferentes, fixando o livre caminho médio entre uma geometria e seu vizinho mais próximo. Após a aplicação e queima, as peças foram submetidas a ensaio de dureza Mohs, abrasão pelo método do PEI, manchamento, coeficiente de atrito e microscopia óptica, para analisar suas propriedades físico/mecânicas. Os principais resultados mostraram que a melhor relação brilho versus risco foi obtida com a geometria circular. No ensaio do brilho, o melhor resultado obtido, foi com livre caminho médio de 0,605 mm e fração de área de cobertura de 11%. Nessa faixa o brilho obtido foi de 52,9 UB comparado com a peça lisa que apresenta 66,6 UB, sem perder a característica de piso brilhante. A resistência ao risco subiu de 3 na peça lisa, para 5 na peça aplicada com material compósito vitrocerâmico. A resistência à abrasão pelo método do PEI passou de classe III, peça lisa, para classe V na peça decorada. A resistência ao manchamento também aumentou independente do agente manchante utilizado nesse estudo. A característica de produto antiderrapante foi confirmada pelo ensaio da determinação do coeficiente de atrito onde se observa que a peça sem decoração no ensaio molhado tem um coeficiente de atrito de 0,39 e a peça decorada um coeficiente de atrito igual a 1, o que permitiu concluir que a geometria circular dentre todas as estudadas apresenta-se como melhor resultado para melhorar as características técnicas dessa tipologia de produto. The present work is to investigate the influence of geometry through the application of various designs, as well as the fractional area coverage of an ceramic glazes composite, ceramic matrix system LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) particles reinforced with crystalline silicate zirconium (ZrSiO4) applied on the glassy surface of a bright ceramic tile, whose goal is to optimize the relationship between brightness and scratch resistance and slip properties to analyze the product by increasing the coefficient of friction. In this context, we investigated the influence of the geometry of the application and the fraction of the coverage area of a ceramic glazes composite ceramic composition having a system LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) as the matrix and particles of zirconium silicate (20%) as reinforcement. We applied the composite ceramic glazes on the glassy surface of a ceramic tile with bright silk-screen printing technique. Four geometries were tested, with the fraction of different coverage area, setting the mean free path between an geometry and its nearest neighbor. After applying and firing, the samples were assayed mohs hardness, abrasion by the SIA method, staining, friction coefficient and optical microscopy, to analyze their physical / mechanical. The results showed that the best brightness versus risk ratio was obtained with the circular geometry. In the assay of the brightness best result was with mean free path of 0.605 mm, and fractional area coverage of 11%. On that track the brightness obtained was 52.9 compared with the UB flat piece that has 66.6 UB, without losing the character of the shiny floor. The scratch resistance rose from 3 in the flat part, to 5 in number with applied glass ceramic composite material. The resistance to abrasion by the method of the PEI went from class III, flat piece to class V in the decorated part. The resistance to staining also increased regardless of the staining agent used in this study. The product characteristic was confirmed by the slip test for determining the friction coefficient which shows that the test piece without the decor has a wet coefficient of friction of 0.39, and decorated a number of friction coefficient equal to 1, which concluded the circular geometry of all the studied presents the best result to improve the technical characteristics of this type of product.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 As indústrias de produção e de transformação de materiais geram resíduos que nem sempre têm um fim ecologicamente adequado. Em muitos casos, entretanto, estes produtos secundários podem ser diretamente reutilizados como matérias-primas em outros processos industriais. Neste contexto, este trabalho apresenta a caracterização, do ponto de vista de suas propriedades físicas e químicas, de um lodo gerado em processo industrial de anodização de alumínio e enfatiza o potencial de sua aplicação como uma matéria-prima para a produção de espumas cerâmicas. As espumas cerâmicas foram produzidas a partir de esponja industrial de poliuretano, PU (método da réplica) com tamanho de poros ou células abertas de 10±5 ppi (porosidade=97%), as quais foram impregnadas com suspensões contendo teores mássicos de 50% a 61% de alumina (calcinada e moída), 1% de ácido cítrico, 6% de bentonita e queimados a 1600°C por 2 h. Os resultados deste trabalho mostram que o lodo de anodização de alumínio apresenta elevados teores mássicos de alumina (87,5%) e constância composicional bem como um relativamente pequeno tamanho médio de partículas (1,6 m), após calcinação e moagem. As espumas cerâmicas obtidas apresentaram porosidade de aproximadamente 70%, capacidade de filtração (vazão mássica de água) de 1,7 kg/s e resistência mecânica à compressão de 2,36 MPa. Assim, pode-se concluir que o lodo de anodização de alumínio pode ser uma matéria-prima alternativa para a produção de espumas cerâmicas, sendo aplicadas como filtros com propriedades adequadas para a filtração e purificação de metais fundidos para a obtenção de componentes com melhores desempenhos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Esta tese de doutorado está relacionada ao estudo de material vitrocerâmico do sistema LZS e ao projeto e à obtenção de uma ferramenta de usinagem com geometria definida. Essa ferramenta foi caracterizada do ponto de vista de suas propriedades típicas, visando a uma aplicação específica que inclui a definição de parâmetros de usinagem e tipos de materiais para usinagem. Uma composição vitrocerâmica de formulação 9,56Li2O.22,36.ZrO2.68,08SiO2 (% em massa) foi preparada e obtida, sob a forma de uma frita, a qual foi caracterizada química e fisicamente e, posteriormente foi moída, compactada uniaxialmente (100 MPa) e tratada termicamente (sinterização/cristalização) nas temperaturas de 800, 850, 900 e 950ºC durante diferentes intervalos de tempo (15, 30, 60 e 120 min). As principais fases cristalinas, identificadas por difração de raios X, após os tratamentos térmicos, foram o silicato de zircônio e o dissilicato de lítio. Os vitrocerâmicos obtidos foram caracterizados do ponto de vista físico-mecânico e térmico. As melhores propriedades, tipicamente requeridas para uma ferramenta de corte, foram alcançadas para amostras tratadas a 900°C por 120 min. As amostras preparadas, na condição otimizada, apresentaram densidade relativa de 96,0±1,6% com resistência mecânica à flexão, ?f=191±12 MPa, dureza, HV300g=8,14±0,53 GPa , módulo de elasticidade, E=115,7±1,1 GPa e tenacidade à fratura, KIc=3,6±0,2 MPa.m-1/2. O coeficiente de expansão térmica linear foi ?=12,5±0,1x10-6 °C-1 e a condutividade térmica, k=4,89±0,03 Wm-1K-1. As ferramentas de corte produzidas foram submetidas a testes de usinagem de torneamento de longa duração em aço AISI/ABNT 1019, ferro fundido cinzento FC200 e bronze TM23, utilizando velocidade de corte entre 100 e 200 m/min, profundidade de corte de 1 mm e avanço de 0,2 mm/rot sem uso de fluido de corte. Os testes de usinagem indicaram que a ferramenta produzida é adequada para a usinagem de bronze com velocidades de corte de até 150 m/min. O mecanismo de desgaste da ferramenta, predominante na usinagem dos materiais considerados neste estudo, foi o desgaste por abrasão. This doctoral thesis is related to the study of a glass-ceramic material belonging to the LZS system and to the design and production of a cutting tool with defined geometry which was characterized under the point of view of its typical properties aiming a specific application including the definition of machining parameters and selection of materials to be machined. A 9.56Li2O.22.36.ZrO2.68.08SiO2 (wt.%) glass-ceramic composition was prepared and obtained as a glass frit which was chemically and physically characterized and then milled, uniaxially compacted (100 MPa) and heat-treated (sintering/crystallization) at 800, 850, 900 e 950ºC during different time intervals (15, 30, 60 and 120 min). The main crystalline phases, identified by X-ray diffraction, after heat-treatments, were zirconium silicate and lithium dissilicate. The obtained glass-ceramics were characterized under the view point of its physical-mechanical and thermal properties. The best typically required properties for a cutting tool were achieved for samples heat-treated at 900ºC for 120 min. The samples prepared in the optimized condition showed relative density of 96.0±1.6% with bending strength, sf=191±12 MPa, hardness, HV300g=8.14±0.53 GPa, Young's modulus, E =115.7±1.1 GPa and fracture toughness, KIc=3.6±0.2 MPa.m-1/2. The coefficient of thermal expansion was a=12.5±0.1x10-6 °C-1 and the thermal conductivity, k=4.89±0.03 Wm-1K-1. The cutting tools produced were subjected to long time machining tests using an AISI/ABNT 1019 steel, a FC200 gray cast iron and a TM23 bronze by applying cutting speeds between 100 and 200 m/min, depth of cut of 1mm and advance of 0.2 mm/rotation without the use of cutting fluid. The tests indicated that the machining cutting tool produced is suitable for the machining of bronze with cutting speeds of up to 150 m/min. The predominant cutting tool wear mechanism for the machining of the materials considered in this study was the abrasion wear.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Os isoladores elétricos são de fundamental importância para o crescimento e desenvolvimento econômico do País, na medida em que são responsáveis pelo isolamento adequado desde a geração, transmissão e distribuição da energia elétrica. Estudos demonstram que as propriedades mecânicas dos isoladores montados se relacionam à área de travamento do corpo cerâmico com o cimento, a qual é recoberta com uma camada de granilha cerâmica tradicional. Essa configuração resulta em resistência mecânica de 30% a 50% inferiores àquelas observadas nas regiões esmaltadas, compreendendo a área de maior incidência de trincas que podem levar à falha prematura do isolador. No presente trabalho foram avaliadas quatro composições de granilha cerâmica, incluindo uma composição tradicional. Foram realizadas caracterizações das propriedades físicas, químicas e dilatométricas das matérias-primas utilizadas para a fabricação das granilhas, propriedades físicas, químicas, mineralógicas e dilatométricas das granilhas queimadas, e caracterização da interação entre as granilhas e o substrato no processo de queima. Por fim, os resultados obtidos foram confrontados com o desempenho mecânico em corpos-de-prova cerâmicos de porcelana elétrica IEC 672 C-110 submetidos à ensaio de tração conforme ABNT NBR 5032. Os resultados demonstraram que as características dilatométricas das granilhas e a interação com o corpo cerâmico influenciam a resistência à tração dos corpos-de-prova cimentados, obtendo-se em alguns casos incremento de até 56% em relação aos corpos-de-prova contendo a granilha tradicional. Electrical insulators are of fundamental importance for the growthing and economic development, since they are responsible for an adequate insulation from the generation, transmission and distribution of electricity. Recent studies show that the mechanical properties of the mounted electrical insulators are related to the locking area the ceramic body (cemented area), which is coated with a traditional sand layer (#granilha#). This configuration results in mechanical strength of 30% to 50% lower than those observed in the glazed surfaces, and it is the area of highest incidence of cracks that can lead to premature failures in the electrical insulators. In this study four sands, including a traditional one were evaluated. Physical, chemical and dilatometric characterizations were performed on the materials used to manufacture the sands and on the fired sands. Interactions between the substrates were also investigated on fired samples Mechanical performances of fired tested porcelains were evaluated according to the ABNT NBR 5032. Results demonstrated that the dilatometric characteristics of sands and the interaction with the ceramic body have any influence on the tensile strength of the prepared tested samples, so that in some cases tensile strength was 56% higher than samples containing traditional sand.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2008. A tecnologia de fabricação de isoladores elétricos para alta tensão foi desenvolvida tradicionalmente utilizando-se composições de porcelana quartzosa. O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma massa cerâmica quartzosa IEC 672 C-110 para isoladores de alta tensão que atenda a norma internacional IEC 672 C-120. Para tanto, comparou-se uma formulação industrial de referência com duas formulações alternativas, com teores mais elevados de Al2O3 e menores de quartzo livre. A etapa de moagem foi também otimizada em relação a tempo e resíduo em peneiras # 200 e 325. As matérias-primas foram caracterizadas por FRX e DRX. As massas foram caracterizadas por distribuição granulométrica a laser e após a queima, por DRX e MEV. Os produtos sinterizados apresentaram resistência mecânica na ordem de 75 MPa para a massa padrão e 90 a 110 MPa para as massas alternativas. As massas cerâmicas quartzosas IEC 672 C-110 desenvolvidas atenderam as especificações da norma internacional IEC 672 C-120.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Uma série de novos revestimentos de MoS2 tem sido desenvolvida, tanto para aplicações nas indústrias, aeroespacial, automotiva, médica e alimentícia, principalmente onde a aplicação de lubrificação liquida é dificultada ou impossibilitada. Este trabalho apresenta o estudo da obtenção e caracterização de filmes de dissulfeto de molibdênio (MoS2), via descarga luminescente anormal. Duas configurações de eletrodos foram utilizadas: cátodo e ânodo-cátodo confinado. Objetivando avaliar o efeito das diferentes condições no tratamento de sulfetação foram variados parâmetros da descarga e do processamento, tais como, tensão aplicada ao cátodo, temperatura de sulfetação, taxa de fluxo gasoso, concentração de H2S e tempo no patamar de sulfetação. As fontes de enxofre utilizadas foram ou na forma de enxofre puro no estado sólido ou através de um gás contendo enxofre (H2S). A caracterização dos filmes obtidos foi realizada usando microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de espalhamento Raman e difração de raios X. Os ciclos de sulfetação realizados utilizando-se enxofre sólido não foram bem sucedidos devido à instabilidade na descarga gerada pelo excesso de enxofre na atmosfera da câmara. O processo foi obtido com sucesso somente nos casos em que foi utilizado H2S como fonte de enxofre. As camadas obtidas na configuração cátodo não são uniformes ao longo da amostra, devido à pulverização da mesma. As camadas formadas a partir da configuração ânodo-cátodo confinado são homogêneas. Os parâmetros que mais influenciaram na formação da camada de MoS2 obtida na configuração ânodo-cátodo confinado foram a tensão e o tempo de patamar. Variando estes parâmetros pode-se variar a espessura de camada. Este trabalho mostrou que é viável a obtenção de MoS2 usando descarga luminescente anormal na configuração ânodo-cátodo confinado.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Atualmente, grande parte das técnicas de prototipagem rápida, RP, é capaz de gerar além do protótipo, o próprio produto final. Dentre elas, a Manufatura de Objetos Laminados (LOM) permite que a reconstrução da peça projetada seja realizada a partir de camadas de folhas ou tapes de material cerâmico, metálico, polimérico ou compósito. O presente trabalho uniu essas duas tecnologias de processamento, LOM e tape casting, na obtenção de laminados e estruturas tridimensionais do sistema vitrocerâmico Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3, LZSA. Para tanto, tapes do precursor vítreo do sistema LZSA foram produzidas por tape casting aquoso. Os tapes foram utilizados como material de entrada na fabricação de objetos por LOM. As propriedades reológicas e de molhamento das suspensões aquosas foram otimizadas com auxílio de um planejamento fatorial gerando três composições ótimas de tapes. Laminados com e sem adição de ZrSiO4 foram produzidos por LOM e submetidos a ciclo térmico único para remoção de ligantes, sinterização e cristalização. Os laminados vitrocerâmicos foram caracterizados do ponto de vista físico, térmico, dielétrico e microestrutural. A partir das condições de processamento e tratamento térmico que originaram laminados sem defeitos, estruturas do tipo engrenagem foram fabricadas por LOM. Laminados vitrocerâmicos LZSA apresentaram valores de resistência à flexão, expansão térmica, constante dielétrica e tangente de perda compatíveis com materiais comerciais utilizados em tecnologias de cerâmica co-sinterizada à baixa temperatura (LTCC). A adição de ZrSiO4 ao sistema LZSA ajustou o seu comportamento de expansão térmica, diminuiu os valores de constante dielétrica, bem como a resistência à flexão, e a tangente de perda do sistema original.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Neste trabalho foram estudados experimentalmente recobrimentos poliméricos formados por acrílico, poliéster, poliuretano e silicone sobre substratos cerâmicos. Os recobrimentos foram aplicados em forma de resina líquida por meio de uma pistola, exceto o poliéster que foi depositado na forma de pó. Medidas de ângulo de contato entre as superfícies e a água foram efetuadas por meio de um goniômetro para caracterizar o comportamento hidrofóbico dos recobrimentos. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios que simulavam a ação da intempérie, como névoa salina, envelhecimento acelerado por radiação UV e erosão. As espessuras das camadas e alterações microscópicas nas superfícies foram estudadas com o auxílio de microscópio óptico. Como um parâmetro que afeta a hidrofobicidade, avaliou-se também as rugosidades das diversas superfícies. Para avaliar o desempenho dos diversos recobrimentos, incluíram-se nos ensaios corpos de prova com recobrimento de esmalte cerâmico, apenas para efeito comparativo. Os resultados demonstraram que o recobrimento com silicone apresentou ângulo de contato de aproximadamente 116o, comportamento 35% superior aos outros recobrimentos poliméricos, que apresentaram ângulos de contato com valores próximos de 90o sendo, contudo, o material que apresentou a maior perda de hidrofobicidade após o ensaio de erosão. Medidas complementares com o goniômetro indicaram decréscimo nos ângulos de contato após os ensaios mantendo-se, no entanto, o comportamento hidrofóbico em todos os recobrimentos poliméricos. O recobrimento de esmalte cerâmico, como esperado, apresentou comportamento hidrofílico.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Vitrocerâmicos são sólidos policristalinos que contém, normalmente, uma fase vítrea residual e que se obtêm por fusão e solidificação de composições vítreas inorgânicas suscetíveis à cristalização controlada. Dentre as várias formas de processamento conhecidas, a tecnologia do pó tem crescido bastante nos últimos anos e, em especial, a extrusão tem apresentado um grande potencial de aplicação. Entretanto, os pós de vidros não apresentam plasticidade que é um fator decisivo para o processo de extrusão e interfere diretamente na qualidade final dos produtos extrudados. A utilização de plastificantes orgânicos pode acarretar, durante a extração do mesmo na etapa de tratamento térmico, no aparecimento de defeitos como porosidade interna, trincas, etc. Uma alternativa viável seria a utilização de um plastificante inorgânico, como por exemplo, uma bentonita. Por outro lado, para algumas aplicações o desempenho mecânico dos vitrocerâmicos não é adequado, podendo-se inserir partículas de reforço como o ZrSiO4 para obter um compósito com propriedades mecânicas melhoradas. Desta forma, o objetivo deste trabalho é o processamento e caracterização de um material compósito por extrusão, formado por um vitrocerâmico do sistema LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) como matriz e partículas cristalinas de ZrSiO4 como reforço, utilizando uma bentonita como plastificante. Para esta finalidade, compósitos foram formulados e preparados a partir do pó de vidro LZSA e do ZrSiO4. Os compósitos foram caracterizados sob o ponto de vista das propriedades físicas e mecânicas. A composição G contendo 60 % de partículas de ZrSiO4 foi selecionada, pois apresentou bons resultados de resistência à flexão (190 MPa) e à abrasão profunda (51 mm3). Novas composições foram preparadas adicionado-se diferentes quantidades de bentonita a composição G. A composição G7 foi selecionada por apresentar o maior índice de plasticidade com 7% em peso de bentonita que permitiu a extrusão do material. O material extrudado foi sinterizado a 1150ºC por 10 min e os resultados mostraram que a retração térmica linear, a resistência à abrasão profunda e o módulo de resistência à flexão foram de 14%, 51 mm3 e 220 MPa, respectivamente. Finalmente, pode-se concluir que o processo de extrusão pode ser usado com eficiência para a obtenção de vitrocerâmicos do sistema LZSA reforçado com partículas de ZrSiO4 para inúmeras aplicações.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. As indústrias do setor cerâmico, em particular aquelas produtoras de revestimentos cerâmicos, louça de mesa e sanitários têm procurado constantemente por novas matérias-primas e por melhoramentos nas linhas de produção, de modo a garantir um constante aperfeiçoamento dos processos produtivos. Além disso, estas empresas têm buscado modernizar as instalações industriais, racionalizando o uso das matérias-primas e dando atenção especial à redução do consumo energético.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Nas indústrias de fabricação e transformação os custos relacionados à disposição de resíduos industriais constitui um item significativo no custo total de produção. Por essa razão, existe um grande interesse no desenvolvimento de novos processos para reduzir sua quantidade e recuperar sub-produtos úteis. Nesta investigação foi considerada a possibilidade de sintetizar pigmentos cerâmicos com as estruturas de mulita e alumina obtidas a partir de resíduo de anodização de alumínio, derivado de unidades de tratamento de água residual industrial. O alto conteúdo de alumina contido no resíduo calcinado e constância na sua composição torna-o muito atrativo para o processo de reciclagem. São detalhada a síntese e a caracterização dos pigmentos cerâmicos obtidos a alta temperatura por reação no estado sólido. As propriedades físico-químicas e óticas dos pigmentos foram investigadas mediante determinação das coordenadas colorimétricas, composição química, análise microestrutural e mineralógica e construção das curvas espectrais. Finalmente, os pigmentos obtidos foram testados em vidrados cerâmicos para verificar o desenvolvimento da cor e a estabilidade dos mesmos. A adição dos óxidos de Cr, Fe e Mn (até 15% em peso) gerou diferentes tonalidades e a cor desenvolvida nos testes de aplicação é dependente do tipo de vidrado utilizado (composição, nível de opacidade e natureza dos cristais). Em cada sistema e nas condições testadas a cor mostrou-se estável.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Questões ligadas a sustentabilidade e preservação ambiental têm adquirido grande relevância nos trabalhos científicos dos últimos anos. Neste aspecto, um dos grandes desafios a serem alcançados é a reciclagem de materiais descartados pelos diferentes setores produtivos da sociedade. Considerando que o desenvolvimento tecnológico provoca agressões ao meio ambiente através do descarte de resíduos, buscou-se, neste estudo, investigar a possibilidade de aproveitamento de casca de arroz e carepa de aço como matérias-primas alternativas para a síntese de um pigmento encapsulado a base de óxido de ferro e sílica destinado à indústria cerâmica. Pigmentos heteromórficos, também conhecidos por encapsulados ou de oclusão, são aqueles em que o elemento cromóforo é protegido por uma matriz encapsuladora, a qual o torna estável química e termicamente a altas temperaturas. Para este objetivo, neste trabalho a casca de arroz foi tratada química (lixiviação ácida) e termicamente para obter-se sílica amorfa e, a carepa de aço foi tratada termicamente de forma a obter-se hematita. O processo de lixívia, que apresentou os melhores resultados, baseou-se no tratamento da casca de arroz com solução de ácido clorídrico a 10% com posterior calcinação a 600ºC durante 3 h de patamar. A amostra de carepa de aço tratada a 800ºC durante 2 h de patamar em atmosfera oxidante gerou hematita com tonalidada vermelha. A sílica obtida a partir da casca de arroz apresentou tamanho médio de partículas de 4,1 mm, aproximadamente 98% de sílica na forma amorfa e área de superfície específica de 406,3 m2/g. O óxido de ferro obtido a partir da carepa de aço apresentou cerca de 97% de hematita como única fase. Para síntese do pigmento foram definidas composições com 5, 10 e 15% de cromóforo (95, 90 e 85% de sílica amorfa) as quais foram homogeneizadas e calcinadas a 1050ºC e 1150ºC durante 2 h. Para sílica, hematita e pigmentos sintetizados foram determinadas as coordenadas colorimétricas, análise microestrutural e cristalográfica, distribuição de tamanho de partículas, percentual de encapsulamento e espectroscopia de UV-Visível, dentre outras análises. Finalmente, os pigmentos que apresentaram os melhores percentuais de encapsulamento foram incorporados em massa porcelânica em teores de 4 e 8% para análise de desenvolvimento de cor e estabilidade térmica e química. Estes mostraram estabilidade após queima, desenvolvendo tonalidade creme e rosa claro com diferença de saturação de acordo com o percentual adicionado e com o teor de cromóforo inerente a cada composição. Com este procedimento buscou-se dar um destino proveitoso para a casca de arroz e para a carepa de aço sob o ponto de vista ambiental e tecnológico, transformando-os em um novo produto de maior valor agregado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Este trabalho de pesquisa, mostra resultados, relatando o uso de resíduos sólidos industriais, para o desenvolvimento de uma peça cerâmica com propriedades técnicas apropriadas, para a fabricação de um pavimento formado por extrusão. Neste contexto, peças cerâmicas, para aplicação como pavimento cerâmico, foram formuladas e preparadas através de resíduos sólidos gerados no processo de fabricação de cerâmica de revestimento e de pavimento do Grupo Eliane Revestimentos Cerâmicos. Os materiais utilizados (resíduos e argila) e a massa cerâmica obtida, depois de adequado processamento, foram fisicamente e quimicamente caracterizados e então comparados para obtenção das amostras. As amostras obtidas em laboratório e em escala industrial, após tratamento térmico adequado, foram caracterizadas, considerando propriedades típicas de produtos cerâmicos acabados. Os resultados mostram que as peças cerâmicas consideradas neste trabalho, atendem os requisitos dos padrões de certificação de produtos cerâmicos acabados, sendo potenciais candidatas para a obtenção de pavimentos cerâmicos "ecológicos" com propriedades e custos otimizados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Este trabalho visa ao estudo da viabilidade de obtenção de peças vitrocerâmicas via moldagem de pós por injeção (MPI). Este processo se caracteriza pela forte interação e dependência entre as suas principais etapas: mistura, moldagem, remoção do ligante e sinterização. Para o desenvolvimento do trabalho - orientado à expansão das fronteiras da tecnologia de injeção - foram utilizados resultados de experiências anteriores com materiais cerâmicos para formular ligantes e otimizar o seu processo de extração. Quanto ao tipo de pó empregado, foi selecionado para o presente estudo uma composição vitrocerâmica pertencente ao sistema LZSA (LiO2-ZrO2-SiO2-Al2O3), fazendo com que especial atenção fosse destinada à etapa de sinterização, já que os processos de sinterização e devitrificação podem ocorrer simultaneamente. O comportamento das formulações vitrocerâmicas contendo compostos orgânicos na forma de ligantes foi investigado mediante medidas reológicas, térmicas, morfológicas e mecânicas. Ensaios reológicos demonstraram que os requisitos de injetabilidade são atendidos para um volume de pó vítreo (precursor) de, no máximo, 55%. A remoção do ligante foi realizada por duas vias: a química e a térmica, sendo a primeira realizada em solvente hexano e a segunda a uma temperatura de 400oC, valor estimado a partir de análise termogravimétrica. Na etapa de sinterização foram utilizadas cinco temperaturas (650, 700, 750, 800 e 850oC) e quatro tempos (15, 30, 60 e 120 min), gerando um total de vinte condições de tratamento térmico para o material injetado. As temperaturas empregadas na sinterização estão baseadas no histórico térmico do pó vítreo e em dados de retração linear do material compactado uniaxialmente. O material tratado termicamente na condição 700oC/30min apresentou a maior densidade relativa (97,2%) em relação às outras condições e por conseqüência a menor porosidade, estas por sua vez foram determinantes em conferir um maior módulo de resistência à flexão a esta condição. Pôde-se também relacionar o aumento nos valores de porosidade e resistência ao desgaste por abrasão a quantidade e ao tipo de fases cristalinas presentes nas amostras. Para a maioria das amostras, favorecidas em sua cristalização, encontraram-se valores de resistência à flexão dentro de uma faixa de valores reportados na literatura para sistemas geradores das mesmas fases cristalinas. A concomitância nos processos de cristalização e densificação tem seus efeitos visíveis mediante análise dos resultados de densidade relativa e porosidade, na qual a relação tempo-temperatura exerce grande influência na obtenção de um corpo com baixa porosidade e propriedades mecânicas otimizadas.